동해서 대규모 저장소 발견… 실증사업 활성화 기대
대표적인 온실가스 저감방법으로 손꼽히고 있는 CCS는 화력발전소 등에서 대량 배출되는 이산화탄소를 포집, 압축해 파이프라인이나 선박으로 수송한 후 육상 및 해상 지중에 저장하는 기술이다.
세계적으로는 1992년 UNFCCC(기후변화에 관한 국제연합 기본협약) 채택을 시작으로 이산화탄소 배출을 제한하고자하는 국제적인 움직임이 시작됐다.
이후 1997년 교토의정서와 2009년 코펜하겐 합의문, 2010년 칸쿤 합의, 2011년 더반 총회 등 지속적인 논의를 통해 전 세계적으로 온실가스 배출량을 제한하고자하는 논의가 진행되고 있다. IEA(국제에너지기구)는 2050년까지 세계 온실가스 저감량의 19%를 CCS기술이 담당할 것으로 예상하고 있다.
CCS, 가장 현실적인 CO2 감축 방안
CCS는 리스크가 적으면서도 현실적으로 단기간 내에 실현 가능한 온실가스 저감 기술로 알려져 있다.
산업적으로 충분한 검증되지 않은 타 저감 기술에 비해 CCS의 포집, 수송, 저장기술은 각각 다른 분야에서 다양한 용도로 기존 산업에 활용돼왔기 때문이다.
아민·암모니아 등 흡수, 흡착 기술을 이용한 이산화탄소 제거 공정은 천연가스 액화공정의 산성가스 제거 공정으로 활용돼 왔으며 유전에 이산화탄소 등 가스를 주입해 원유의 추출효율을 높이는 EOR(Enhanced Oil Recovery) 공정 역시 산유국에서 이미 신뢰성을 확보했다.
특히 CCS기술은 화석연료를 기반으로 하는 기존 에너지 산업 체계에서 배출하는 대량의 이산화탄소를 처리할 수 있고, 저감된 이산화탄소량에 대한 정확한 수치를 평가할 수 있다.
포집 기술은 크게 시점에 따라 연소 전 포집과 연소 후 포집, 순산소 연소 등 세 가지로 구분된다. 연소 전 포집은 가스화 공정을 통해 연료가스를 수소와 이산화탄소의 혼합물로 개질한 뒤 이산화탄소를 분리하는 방식으로 IGCC(석탄가스화 복합발전)나 NGCC(천연가스 복합발전) 등의 차세대 발전기술과 병합해 응용할 수 있다.
연소 후 포집은 발전소 등에서 배출되는 혼합가스 가운데 이산화탄소만 물리·화학적 방법으로 분리하는 것이다. 상용화된 공정 및 운전 경험이 풍부한 장점이 있으나 에너지 소모량이 높다는 게 단점으로 지적되고 있다.
순산소 연소는 연소시 산화제로 공기대신 순수한 산소를 사용해 불순물의 생성을 막고 분리과정을 거쳐 이산화탄소를 포집하는 기술로 연소효율이 높고 배가스 내 이산화탄소의 농도가 높아 별도의 회수기술이 필요치 않지만 산소제조비용 절감이 해결과제로 남아있다.
포집된 이산화탄소의 수송은 파이프라인 수송과 선박·차량 수송 등으로 나뉘며 대량 수송은 파이프라인이나 선박을 이용하는 것이 적합한 것으로 알려져 있다.
미국의 경우 1970년대 이미 파이프라인을 통한 수송을 시작했으며 현재 약 4800km 이상의 이산화탄소 수송용 파이프라인을 보유하고 있다. 선박 분야에서는 LPG 수송기술을 적용할 수 있다. 일반적으로 수송거리에 따라 1000~2000km 이내의 내륙 수송에는 파이프라인 수송이 유리하며 그 이상 해양 장거리 수송에는 선박수송이 경제적이다.
이산화탄소는 지중, 해양, 광물 등에 저장이 가능하다. 그러나 심해에 이산화탄소를 주입해 해수에 용해 또는 수화시켜 저장하는 해양저장은 생태계에 미치는 환경영향 때문에 금지됐으며 광물저장은 느린 반응 속도와 저장 용량 확보 등의 문제로 아직 연구단계에 있다.
현재 실질적으로 적용 가능한 저장기술은 육상 또는 해상 지중저장으로 내륙 및 해저 심부 지하 지층에 대량의 이산화탄소를 저장하는 것이다.
지중저장을 위해서는 저장소로 적합한 공극을 지닌 암석층과 저장된 이산화탄소가 대기 중으로 다시 방출되지 않도록 덮개암이 존재하는 지층구조가 충족돼야 한다.
압력에 따라 초임계(액체화) 상태에 근접해 밀도가 급격히 증가하는 이산화탄소의 특성을 감안해 최소 지하 800m 이하에 저장해야하며 이러한 조건이 갖춰지면 부피는 3%대로 줄어든다. 현재 폐유전, 폐가스전, 염대수층, 폐석탄층 등이 이산화탄소 저장 후보지로 꼽히고 있다.
2017년 상용화 플랜트 완성이 목표
우리나라는 2020년까지 BAU대비 이산화탄소 배출량의 30%를 감축키로 하고 지난 2010년 ‘국가 CCS 종합 추진계획’을 세웠다. 이에 따라 기획재정부와 교육과학기술부, 지식경제부, 환경부, 국토해양부가 역할을 분담해 연구개발 및 실증과제를 수행하고 있다.
정부는 2019년까지 100만톤급 포집-수송-저장 통합 실증을 완료하고 플랜트 상용화 및 국제 기술경쟁력을 확보할 방침이다.
KCCSA(한국이산화탄소 포집 및 저장협회)에 따르면 국내 포집 기술은 국제 수준에 이르렀으며 포집비용 단가를 낮추기 위한 연구가 진행되고 있다. 수송 부문은 가스공사 LPG 파이프라인과 삼성중공업, 대우조선해양 등 조선사의 전용 선박 제조 등을 활용할 계획이다.
다만 우리나라는 대규모 저장을 위한 지중저장소를 마련하지 못해 포집부터 저장에 이르는 통합 실증 경험이 없어 이를 위한 저장소 조사가 계속돼왔다.
국토부는 이번 저장소 타당성 확보를 계기로 울릉분지 주변 저장후보지에 대해 올해 안에 지질구조를 입체적으로 파악하기 위한 3차원 탄성파 탐사를 실시 한 후 오는 2014년 시험시추를 거쳐 2015년 대상지를 최종 고시할 계획이다.
세계적으로도 CCS기술 상용화 움직임은 활발하다.
미국은 2020년까지 2005년 대비 온실가스 17% 감축, 2017년 CCS기술 상용화를 목표로 에너지부(DOE) 산하에 국립탄소포집센터를 설립하고 9개 기관이 합동TF를 구성해 실증사업을 추진하고 있다.
일본은 2015년 상용화를 목표로 29개사가 공동출자한 일본 CCS주식회사를 설립, 실증에 주력하고 있다.
GCCSI(세계이산화탄소포집및저장연구소, 호주 소재)의 2011년 CCS 세계 현황보고서에 따르면 포집에서 저장까지 모두 기획된 대규모 통합실증 프로젝트는 모두 74개다.
이 가운데 노르웨이의 슬라이프너, 스노빗, 알제리의 인샬라 등 8개 프로젝트는 이미 포집부터 저장까지 전공정을 시행하고 있으며 2015년부터 운영예정인 프로젝트는 6개에 달한다.
김부민 기자 kbm02@e2news.com
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